Un equipo internacional de científicos ha descubierto cómo capturar el calor y convertirlo en electricidad.
El descubrimiento, publicado la semana pasada en la revista Science Advances, podría crear una generación de energía más eficiente a partir del calor en elementos como el escape de automóviles, sondas espaciales interplanetarias y procesos industriales.
“Debido a este descubrimiento, deberíamos ser capaces de generar más energía eléctrica a partir del calor que lo que hacemos hoy”, dijo el coautor del estudio Joseph Heremans, profesor de ingeniería mecánica y aeroespacial y Ohio Eminent Scholar en Nanotecnología en la Universidad Estatal de Ohio. “Es algo que, hasta ahora, nadie creía que fuera posible”.
El descubrimiento se basa en pequeñas partículas llamadas paramagnones, bits que no son del todo imanes, pero que transportan cierto flujo magnético. Esto es importante porque los imanes, cuando se calientan, pierden su fuerza magnética y se convierten en lo que se llama paramagnético. Un flujo de magnetismo, lo que los científicos llaman “espines”, crea un tipo de energía llamada termoelectricidad de arrastre de magnón, algo que, hasta este descubrimiento, no podía usarse para recolectar energía a temperatura ambiente.
“La sabiduría convencional fue una vez que, si tienes un paramagnet y lo calientas, no pasa nada”, dijo Heremans. “Y descubrimos que eso no es cierto. Lo que encontramos es una nueva forma de diseñar semiconductores termoeléctricos, materiales que convierten el calor en electricidad. Las termoeléctricas convencionales que hemos tenido en los últimos 20 años son demasiado ineficientes y nos dan muy poca energía, por lo que en realidad no están en uso generalizado. Esto cambia esa comprensión”.
Los imanes son una parte crucial de la recolección de energía del calor: cuando un lado de un imán se calienta, el otro lado, el lado frío, se vuelve más magnético y produce un giro que empuja los electrones en el imán y genera electricidad.
Sin embargo, la paradoja es que cuando los imanes se calientan, pierden la mayoría de sus propiedades magnéticas, convirtiéndolos en paramagnetos: “imanes casi pero no del todo”, los llama Heremans. Eso significa que, hasta este descubrimiento, nadie pensó en usar paramagnetos para cosechar calor porque los científicos pensaban que los paramagnetos no eran capaces de recolectar energía.
Figura 1. Resultado de dispersión de neutrones inelásticos. Datos de dispersión de neutrones inelásticos S (Q, E) obtenidos en MnTe dopados con 3 a% de Li en ARCS, SNS, en la fase AFM (A) y la fase PM (B a D). Las bandas de Magnon visibles en (A) se transforman en un espectro de relajación paramagnon en la fase PM. La S (Q, E) obtenida en HYSPEC en la fase AFM (E) revela características de baja energía de la dispersión de magnones y el pseudopaquete de ~ 0.6 meV a Q = 0.92 Å − 1. El ancho completo del paramagnon a la mitad del máximo (FWHM) y la vida útil (F) se obtiene de los ajustes a un corte en S (Q, E) (G). Los datos a 450 K se reunieron en MnTe dopado con 0,3, 1, 3 y 5 a% de Li: no se observa dependencia del FWHM (G) o vida útil (F) con la concentración de Li. Crédito: Avances científicos (2019).
No obstante, lo que el equipo de investigación descubrió es que los paramagnones empujan los electrones solo por una milmillonésima de millonésima de segundo, el tiempo suficiente para que los paramagnetos sean recolectores de energía viables.
El equipo de investigación, un grupo internacional de científicos del estado de Ohio, la Universidad Estatal de Carolina del Norte y la Academia de Ciencias de China, comenzó a probar los paramagnones para ver si podían, en las circunstancias adecuadas, producir el giro necesario
Lo que encontraron, dijo Heremans, es que los paramagnones, de hecho, producen el tipo de giro que empuja los electrones. Y eso, dijo, podría hacer posible la recolección de energía.
Noticias de: phys.org / Traducción libre del inglés por WorldEnergyTrade
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